Informationstechnologie 06.05.2005, 18:38 Uhr

Schub für deutsche Supercomputer-Forschung

VDI nachrichten, Stuttgart, 6. 5. 05 – Deutschland ist Spitze in der Supercomputer-Forschung. Um den Vorsprung in Ingenieurwissenschaften, Bio-Informatik und Nanotechnologie auszubauen, arbeiten Forscher der Universität Stuttgart intensiv mit dem japanischen Hightechkonzern NEC zusammen. Schnellere Rechner und optimierte Software sollen weiterhin Spitzenresultate garantieren.

Der neue Supercomputer im HLRS in Stuttgart basiert auf NEC-Hardware.

Der neue Supercomputer im HLRS in Stuttgart basiert auf NEC-Hardware.

Foto: NEC

Die Verfügbarkeit von Höchstleistungsrechnern ist ein entscheidender Standortfaktor im internationalen Wettbewerb“, macht Prof. Michael Resch, Direktor des Höchstleistungsrechenzentrums Stuttgart (HLRS) deutlich. Nach seinen Worten wurden mit Höchstleistungsrechnern in den zurückliegenden Jahren zahlreiche wissenschaftliche Durchbrüche erzielt, die auf Rechnern niedrigerer Leistung nicht möglich gewesen wären.

Als Beispiele nennt Resch Simulationen in der Elementarphysik, in der Materialforschung, Strömungsdynamik, Strukturmechanik, Chemie, Geo- und Astrophysik sowie Klima- und Umweltforschung. Neben der reinen Rechenleistung spielt die Software im Bereich Supercomputing eine immer wichtigere Rolle. „Sie können die enorme Leistung dieser Hochleistungsrechner nur dann wirklich nutzen, wenn sie ihre Software optimieren“, erklärt Resch.

„Teraflop Workbench“ nennt sich die Forschungspartnerschaft der Wissenschaftler am HLRS und deren deutschlandweite Forschungsvorhaben mit NEC. Über einen Zeitraum von vier Jahren stellt der Computerhersteller den Forschern drei hoch qualifizierte Supercomputer-Softwareingenieure zur Seite. Sie sollen helfen, die wissenschaftlichen Anwendungen auf der bereitgestellten NEC-Hardware auf Höchstgeschwindigkeit zu optimieren.

„Durch diese neue Forschungspartnerschaft möchten wir einen weiteren Beitrag zur Stärkung des Forschungsstandorts und der Innovationsförderung in Deutschland leisten“, so Makoto Tsukakoshi, Geschäftsführer von NECs High Performance Computing Europe (HPCE).

Der derzeit im Aufbau befindliche Stuttgarter Supercomputer basiert auf der neuesten Generation des NEC SX-8-Prozessors. Dabei handelt es sich um einen speziell für komplexe technische und wissenschaftliche Berechnungen entwickelten Vektorprozessor.

Im Gegensatz zu konventionellen Prozessoren sind Vektorprozessoren beispielsweise in der Lage, bei arithmetischen Operationen eine Kette von Zahlen (Vektor) parallel zu verarbeiten und damit die Rechenleistung zu erhöhen.

„Unsere Untersuchungen im Vorfeld haben gezeigt, dass für Anwendungsfälle im Simulationsumfeld, Vektorsysteme gegenüber klassischen Mikroprozessor- und Cluster-Systemen sowohl bei den Kosten als auch bei der Rechenleistung unter dem Strich deutliche Vorteile aufweisen“, sagt Prof. Resch. Die Entscheidung zu Gunsten des jetzt installierten Vektorsystems ist nach Angaben von Resch das Ergebnis umfangreicher Leistungs- und Kostenanalysen.

Die Projekte der „Teraflop-Workbench“ kommen von Universitäten und Forschungsinstituten, wie denen der Max-Planck-Gesellschaften. Forschungsthemen sind zum Beispiele die Registrierung hochauflösender dreidimensionler Bilder, wie sie in der Medizin immer häufiger anfallen, oder Strömungssimulationen.

NEC setzt mit dem SX-8 einen neuen Technologieansatz mit hoher Packungsdichte um. Acht CPUs und Arbeitsspeicher wurden auf einem einzigen Kompaktmodul implementiert. Dadurch benötigt der Rechner im Vergleich zur Vorgängergeneration nur noch maximal ein Viertel der Grundfläche und die Hälfte des Energieverbrauchs.

Die neue Architektur vereint die Vorteile üblicher „shared memory“-Strukturen von „one node“-Systemen (1 Knoten erhält 8 Prozessoren) mit der Skalierbarkeit von „distributed memory“-Strukturen, wie sie in „multi node“-Systemen eingesetzt werden, so NEC. Das Ergebnis: Das Programmieren ist einfacher und man kann den Code automatisiert über so genannte Compiler parallel verarbeiten.

Der NEC SX-8 ist in 90-nm-LSI-Technologie aufgebaut und arbeitet mit einer Taktrate von 2 GHz. Der Prozessor baut auf dem NEC SX-6-Prozessors auf, der die Basis des bekannten japanischen Hochleistungsrechners „Earth Simulator“ bildet, der jahrelang die Nummer eins im internationalen Supercomputer-Ranking der TOP500 war.

Erzielt bei Klimasimulationen, hielt der von NEC im Auftrag der japanischen Regierung entwickelte „Earth Simulator“ mit 36 Tflop/s lange Zeit den Weltrekord bei der Anwendungsleistung. Ein Wert, den das HLRS heute noch nicht erreicht.

Mit einer Rechenleistung von 12,6 Tflop/s wird die jetzt in Stuttgart aufgebaute Konfiguration mit 72 Knoten etwa 100-mal leistungsfähiger sein als das bisher genutzte System und damit ein europäisches Spitzenresultat erreichen. In Sachen Durchsatzrate setzt das System neue Maßstäbe. Mit einer Datenübertragungsrate zwischen den Prozessoren und dem Arbeitsspeicher eines Knotens von 512 GByte/s stellt das System einen neuen Rekord auf. SIEGFRIED DANNEHL

Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS)

– 1985: Seit diesem Jahrbeschäftigen sich Forscher der Universität Stuttgart mit dem Thema Supercomputing.

– 1995: Das erste bundesdeutsche Höchstleistungsrechenzentrum (HLRS) wird gegründet.

– Aufgabe: Es stellt Institutionen aus Lehre und Forschung sowie externen und industriellen Partnern Supercomputer-Rechenleistung für technische und wissenschaftliche Anwendungen zur Verfügung.

– Kernkompetenz: Modellierung und Simulation komplexer Systeme.

– Kooperationen: Über zahlreiche Projekte ist das HLRS mit der industriellen Forschung von Unternehmen wie DaimlerChrysler und Porsche für Wissenschaft und Forschung verbunden.

– Forscher: Derzeit arbeiten 29 fest angestellte Mitarbeiter sowie noch einmal so viel Wissenschaftler an Projekten im HLRS.sd

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